換熱器設(shè)計固定管板式

化學(xué)工程基礎(chǔ)課程設(shè)計設(shè)計題目： 管殼式換熱器（固定管板式）學(xué)生姓名： XXX 專業(yè)班級： 1001 學(xué)號：1115020126 指導(dǎo)教師： 西安科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院2013年1月14日管殼式換熱器設(shè)計任務(wù)書一、 設(shè)計目的培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程基礎(chǔ)理論和基本知識去完成換熱單元操作設(shè)備設(shè)計任務(wù)的實踐能力二、 設(shè)計目標(biāo)設(shè)計的設(shè)備必須在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟上是合理的，操作上是安全的，環(huán)境上是友好的三、 設(shè)計題目管殼式換熱器設(shè)計一一固定管板式四、 設(shè)計任務(wù)及操作條件設(shè)計任務(wù)設(shè)備型式：管殼式換熱器一一固定管板式處理任務(wù)：物料：原油處理量4900kg/h操作條件熱流體(原油)：入口溫度140C;出口溫度40r冷卻介質(zhì)：水(入口30C，出口40C)允許壓降：不大于0.1MPa物性數(shù)據(jù)原油定性溫度下的物性數(shù)據(jù)密度o815kg/m3粘度。3.0103Pas定壓比熱容Cp。2.2kJ/kgoC導(dǎo)熱系數(shù)。0.128W/moC水的定性溫度35C下的物性數(shù)據(jù)：994(Kg/m3)Cp4.08(KJ/Kgk)0.626(w/mk)0.725103(Pas)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設(shè)計概述 2.\o"CurrentDocument"1、 換熱器的簡單介紹 2.\o"CurrentDocument"2、 設(shè)計的目的及意義 3.\o"CurrentDocument"二、方案設(shè)計 4.\o"CurrentDocument"1、 工藝設(shè)計計算 4.1.1確定設(shè)計方案 4.1.2確定物性數(shù)據(jù) 4.1.3計算總傳熱系數(shù) 5.1.4計算傳熱面積 6.\o"CurrentDocument"2、 換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 .6.2.1管徑和管內(nèi)流速 6.2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù) 6.2.3傳熱管排列和分程方法 7.2.4殼體內(nèi)經(jīng) 7.\o"CurrentDocument"3、 換熱器的核算 8.3.1面積核算 8.\o"CurrentDocument"3.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力核算 1.0\o"CurrentDocument"三、 設(shè)計結(jié)果一覽表 1.2\o"CurrentDocument"四、 參考文獻 13\o"CurrentDocument"五、 主要符號說明 1.4六、 設(shè)計感想 15、設(shè)計概述1、換熱器的簡單介紹換熱器(heatexchange)是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，又稱熱交換器。換熱器是化工、石油、動力、食品及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。在化工生產(chǎn)中換熱器可作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器和再沸器等，應(yīng)用更加廣泛。隨著人類社會生活的發(fā)展，換熱器是實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設(shè)備。在石油、化工、輕工、制藥、能源等工業(yè)生產(chǎn)中，常常用作把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。近年來，由于科技的快速發(fā)展，各種不同型式和種類的換熱器發(fā)展很快，新結(jié)構(gòu)、新材料的換熱器不斷涌現(xiàn)。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽輪機裝置中的凝汽器和航天火箭上的油冷卻器等， 都是換熱器。換熱器既可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。1.1換熱器的類型換熱器根據(jù)不同的方式分類也不同。按傳熱原理分為表面式換熱器、蓄熱式換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器；按用途分為加熱器、預(yù)熱器、過熱器、蒸發(fā)器；按結(jié)構(gòu)分為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、 U形管板換熱器、板式換熱器等。接下來著重介紹浮頭式換熱器和板式換熱器。浮頭式換熱器的簡介新型浮頭式換熱器浮頭端結(jié)構(gòu)，它包括圓筒、外頭蓋側(cè)法蘭、浮頭管板、鉤圈、浮頭蓋、外頭蓋及絲孔、鋼圈等組成，其特征是：在外頭蓋側(cè)法蘭內(nèi)側(cè)面設(shè)凹型或梯型密封面，并在靠近密封面外側(cè)鉆孔并套絲或焊設(shè)多個螺桿均布， 浮頭處取消鉤圈及相關(guān)零部件，浮頭管板密封槽為原凹型槽并另在同一端面開一個以該管板中心為圓心，半徑稍大于管束外徑的梯型凹槽，且管板分程凹槽只與梯型凹槽相連通，而不與凹型槽相連通。浮頭式換熱器兩端的管板，一端不與殼體相連，該端稱浮頭。管子受熱時，管束連同浮頭可以沿軸向自由伸縮，完全消除了溫差應(yīng)力。板式換熱器的簡介圖二1—擋板2—補償圈3—放氣嘴板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱量交換。板式換熱器是液一液、液一汽進行熱交換的理想設(shè)備。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一，熱回收率可高達90%以上。板式換熱器主要由板式換熱器板片和板式換熱器密封墊片、固定壓緊板、活動壓緊板、夾緊螺栓、上導(dǎo)桿、下導(dǎo)桿 、后立柱七部分組成；具有傳熱系數(shù)高對數(shù)平均溫差大、末端溫差小、容易改變換熱面積或流程組合、重量輕、價格低、制作方便、容易清洗、單位長度的壓力損失大、不易結(jié)垢等優(yōu)點，在實際生產(chǎn)中是用的比較多的一種換熱器。2、設(shè)計的目的及意義換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換器的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達30%，其重要性可想而知。通過本次設(shè)計，對本學(xué)期所學(xué)的化學(xué)工程基礎(chǔ)進行整體的回顧，查漏補缺，擴寬知識面，了解換熱器的類型及用途，熟悉換熱器的工藝設(shè)計計算、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計計算和換熱器的核算，知道換熱器在日常生活中扮演著非常重要角色，掌握課程設(shè)計的一般步驟。在工業(yè)設(shè)計中，根據(jù)處理量的不同，選擇合適的換熱器，為換熱系統(tǒng)的節(jié)能、低耗和高效益打下堅實的基礎(chǔ)。通過設(shè)計， 使同學(xué)們樹立正確的設(shè)計思想，培養(yǎng)實事求是、嚴(yán)肅認真、高度負責(zé)的工作作風(fēng)，加強課程設(shè)計能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)作風(fēng)、方案設(shè)計1、工藝設(shè)計計算1.1確定設(shè)計方案1）選擇換熱器的類型兩流體溫度變化情況：熱流體進口溫度140C，出口溫度40C;冷流體（循環(huán)水）進口溫度30C，出口溫度40C。該換熱器用循環(huán)冷卻水冷卻，冬季操作時出口溫度會降低，考慮到這一因素，估計該換熱器的管壁和殼體壁溫之差較大，因此初步選用帶膨脹節(jié)的固定管板式換熱器。3）流動空間及流速的確定由于循環(huán)冷卻水較易結(jié)垢，為便于水垢清洗，應(yīng)使循環(huán)水走管程，原油走殼程選用①25mmK2.5mm的碳鋼管，管內(nèi)流速取u=0.5m/s。1.2確定物性數(shù)據(jù)定性溫度：可取流體進出口溫度的平均值殼程油的定性溫度：T140 402原油在90C下的物性數(shù)據(jù)：密度° 815kg/m3黏度° 3.010-3Pas定壓比熱容Cpo2.2kJ/kgC導(dǎo)熱系數(shù)。0.128W/mC管程流體的定性溫度為：30 40t35C2循環(huán)冷卻水在35r下的物性數(shù)據(jù)：密度 994kg/m3黏度7.2510-4Pas定壓比熱容Cp4.08kJ/kgC導(dǎo)熱系數(shù)0.626W/mC1.3計算總傳熱系數(shù)熱流量4900qm^融EVqm,hqm,hCphT1 T21.362.2 140 40 299.2kW平均傳熱溫差tmt1ttmt1t2匸t2In140404030 39C14040ln4030冷卻水用量Qo299.2CQo299.2Cpi4.084030 7^/8)總傳熱系數(shù)K管程傳熱系數(shù):diUi°.°2°5994 137100.0007250.023」diUi°.°2°5994 137100.0007250.023」didiUii0.80.4Cpii0.6260.023 137100.0200.84.080.0007251030.40.62622733W/m2C殼程傳熱系數(shù):假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)i假設(shè)殼程的傳熱系數(shù)i310W/m2由于冷卻水較易結(jié)垢，查表得，污垢熱阻:Rsi0.000344m2C/W尺。0.000172m2C/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)：KodoidiRKodoidiRsi扌dibd。dmRso022^0.000340.025o.°°250.°2527330.020 0.020 450.0225022^0.000340.025o.°°250.°2527330.020 0.020 450.02250.0001722W/m1310219.09W/m2C1.4計算傳熱面積QK7m299.2103219.093935.02m2考慮15%勺換熱面積裕度，S1.15S21.1535.02 40.27m2、換熱器設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計計算2.1管徑和管內(nèi)流速選用①25mm2.5mm傳熱管（碳鋼），取管內(nèi)流速i0.5m/s2.2管程數(shù)和傳熱管數(shù)依據(jù)傳熱管內(nèi)徑的流速確定單程傳熱管數(shù):qv,Cwi7.339947.37103m3/snsqv,c7.3710按單程管計算,按單程管設(shè)計,熱器管程數(shù)為:—dHO'785°.°224所需的傳熱管長度為:L亠d°ns傳熱管過長,46.90.547根40.273.140.0254710.91m宜采用多管程結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)取傳熱管長 L=6m則該換傳熱管總根數(shù)TOC\o"1-5"\h\zN47 2 94根平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)平均傳熱溫差校正數(shù)：100.091100.091R40 3040 30P140 30按單殼程、雙管程結(jié)構(gòu)，經(jīng)查閱資料，得 t0.82所以平均傳熱溫差：tm ttm0.823932C2.3傳熱管排列和分程方法采用組合排列法，即每程內(nèi)均按正三角形排列，隔板兩側(cè)采用正方型排列。取管心距t1.25d。，則:t1.2525 31.25 32mm橫過管束中心線的管數(shù)：nc1.19.N1.19 .94 12（根）2.4殼體內(nèi)經(jīng)采用多管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率n =0.7，則殼體內(nèi)經(jīng)為：D1.05tN1.0532,389.36(mm)圓整可取D=400mm采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的 25%則切去的圓缺高度為h0.25400 100(mm)，故可取h=100mm取折流板間距B=0.3D,則B0.3400 120,，可取B為100mm折流板數(shù)Nb傳熱管長

折流板間距Nb傳熱管長

折流板間距60001 59（塊）折流板圓缺面水平裝配。殼程流體進口接管：取接管內(nèi)油品流速為 1.0m/s，則接管內(nèi)徑為4900七嚴(yán)1.671°聞s)qm,hqv,ho41.671033.141.00.046(m)取標(biāo)準(zhǔn)管徑為50mm管程流體進出口接管：取接管內(nèi)循環(huán)水流速 u=1.5m/s，則接管內(nèi)徑為47.33/99447.33/994'、、3.141.50.079(m)取標(biāo)準(zhǔn)管徑為80mm3、換熱器的核算3.1面積核算1）熱量核算殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺型折流伴，可采用Kren公式0.140.36殼程對流傳熱系數(shù)對圓缺型折流伴，可采用Kren公式0.140.36」Re

de0.55o1/3Pr當(dāng)量直徑de由正三角形排列得de4—t2 -d22 4<34——de4—t2 -d22 4<34——20.03220.7850.0252do3.140.0250.02m殼程流通截面積SoBD1牛SoBD1牛0.100.4010025 0.00875m0.032殼程流體流速及雷諾數(shù)分別為Uoq’h1.67Uoq’h1.671030.008750.19m/s0.020.198150.003普朗特準(zhǔn)數(shù)Pr噸51.56

Pr黏度校正黏度校正(―)0.141w則殼程對流傳熱系數(shù)0.360.1400210320.550.360.1400210320.5551.561/3420.7W/(m2/C)2）管程對流傳熱系數(shù)i 0.023」Re0.8Pr0.4di管程流通截面積：2 94 2S0.7850.022專0.0148(m2)管程流體流速9.09Ui9940.01480.62(m/s)ReiUi9940.01480.62(m/s)Rei0.020.629940.7251017000普朗特準(zhǔn)數(shù)TOC\o"1-5"\h\z3 3cCp4.08100.72510 ,”Pr 4.730.626則管程對流傳熱系數(shù)i0.0230^26170000.84.730.43247w/m2?C0.02總傳熱系數(shù)KodoididobdKodoididobd。didm0.02532470.0200.000340.0250.0200.00250.025450.02250.0001722W/m1420.7292.3W/m2CS旦KotmS旦Kotm292.332該換熱器的實際傳熱面積:Sp Sp d丄該換熱器的面積裕度為:nc 3.140.02560.06 9412.38.2m2HHSp SoSo100% 3823199100% 37.2%31.99傳熱面積裕度合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。3.2換熱器內(nèi)流體的流動阻力核算1）管程流動阻力P P2FtNsNpNs1,Np2,Ft1.52U, P2由Re=17000,由Re=17000,傳熱管相對粗糙度&=0.01/20=0.005，查莫狄圖得i0.031W(mC),流速Ui0.62m/s,994kg/m3，故有:P1 0.03160.02i0.031W(mC),流速Ui0.62m/s,994kg/m3，故有:P1 0.03160.020.62229941776.7(Pa)P239940.6222573.1(Pa)P P1 P2FtNsNp(1776.7573.1)1.5127049.4(Pa)<0.1MPa管程流動阻力在允許范圍內(nèi)。2）殼程阻力P。P'1 P'P。P'1 P'2FsNsNs1,Ft1.15流體流經(jīng)管束的阻力2其中F=0.5，Ns1，fo5103202281.0277，nc12nB59,u。 0.19故P'1 0.51.027712(591)8150.19225442.57(Pa)流體流過折流板缺口的阻力2P'2Nb(3.52B)U0

"DP'2Nb(3.5其中B=0.10m,D=0.40m20.10P'2 59(3.5 )0.408150.1922603.8(Pa)2殼程總阻力P。 P； P2FtNs(5442.572603.8) 1.01.0Pa8046.37(Pa)0.1MPa殼程阻力也比較適宜

三、設(shè)計結(jié)果一覽表表一：換熱器主要結(jié)構(gòu)尺寸和計算結(jié)果換熱器型式：固定板板式管口表換熱面積/tf：38.2符號尺寸用途連接型式工藝參數(shù)aDN80循環(huán)水入口平面名稱管程殼程bDN80循環(huán)水入口平面物料名稱循環(huán)水原油cDN50原油入口凹凸面操作壓力不大于O.IMPadDN50原油入口凹凸面操作溫度/C30/40140/100eDN20排氣口凹凸面流量/(kg/s)7.331.36fDN20放凈口凹凸面流體密度/(kg/m3)994815附圖6000流速/(m/s)0.620.19傳熱量/kw299.2總傳熱系數(shù)/[w/(tf/k)]292.3b100c100d對流傳熱系數(shù)/[w/(tf/k)]3247420.7rr111T111污垢熱阻/(m2*k/w)0.0003440.000172壓降/MPa0.00704940.0080463程數(shù)21ii內(nèi)徑為4001使用材料碳鋼管子規(guī)格①25*2.5管數(shù)管長/mm1T946000fl D d膨脹節(jié)管間距/mm32排列方式正三角形折流板型式上下間距/mm切口咼度10025%殼體內(nèi)徑/mm400保溫層厚度四、參考文獻王國勝?化工原理課程設(shè)計?第二版?大連理工大學(xué)出版社.200608-02:（60-62）武漢大學(xué)?化學(xué)工程基礎(chǔ)?第二版?高等教育出版.2009.8.第三章?熱量傳遞百度百科?換熱器?換熱器的分類馬江權(quán)?冷一欣?化工原理課程設(shè)計?中國石化出版社.2008.7 （34-38）附：固定管板式換熱器圖膨脹節(jié)

五、主要符號說明原油的定性溫度T冷卻水定性溫度t原油密度Po冷卻水密度p原油定壓比熱容Cpo冷卻水定壓比熱容Cp原油導(dǎo)熱系數(shù)入o冷卻水導(dǎo)熱系數(shù)入i原油粘度3o冷卻水粘度3熱流里Qo冷卻水用量Wi總傳熱系數(shù)K平均傳熱溫差tm溫差校正系數(shù)t管程雷諾數(shù)Re初算初始傳熱面積1S管程、殼程傳熱系數(shù)i o初算實際傳熱面積S傳熱管數(shù)N殼體內(nèi)徑D管程數(shù)No折流板間距B橫過中心線管數(shù)nc折流板數(shù)Nb管心距t管程壓力降R接管內(nèi)徑d殼程壓力降Po當(dāng)量直徑de化學(xué)工程基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書一管殼式換熱器固定管板式六、設(shè)計感想在進入大學(xué)生活之前，我就告訴自己，大學(xué)里，不管做什么事，先不管你做的對不對，一定要注意態(tài)度，因為在我心底一直深深的烙印這一句話：態(tài)度決定—切。在學(xué)習(xí)生活中，時常有同學(xué)把別人的認真說成是傻E級行為，每次我都是一笑而過……老師，雖然我不知道，這次的課程設(shè)計你看不看，雖然網(wǎng)上有好多模板，但是，我還是把所有的公式編輯完了，老師，你帶我們化學(xué)工程基礎(chǔ)，帶我們有機合成實驗，說真的，我感謝你，我會記住你的，老師，你是大學(xué)里第一個欣賞我做的作業(yè)，我很感動，不管是誰，對于我認真做過的事，能夠得到別人的認可，在我看來就是一種快樂，一種收獲。本次化學(xué)工程基礎(chǔ)課程設(shè)計歷時兩周，是上大學(xué)以來第一次設(shè)計。在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)習(xí)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。 在設(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。由于第一次接觸課程設(shè)計，還記得剛開始，當(dāng)我第一次看